Thiết kế nền và móng công trình theo sơ đồ công trình có nội lực do tải trọng tính toán gây ra tại chân cột ở đỉnh móng ở cos thấp hơn cos ngoài nhà 0,75m như số liệu bài ra

Thiết kế nền và móng công trình theo sơ đồ công trình có nội lực do tải trọng tính toán gây ra tại chân cột ở đỉnh móng ở cos thấp hơn cos ngoài nhà 0,75m như số liệu bài ra. Theo “Báo cáo kết quả khảo sát địa chất công trình nhà thí nghiệm hoá học” giai đoạn phục vụ thiết kế bản vẽ thi công: khu đất xây dựng tương đối bằng phẳng, cao độ trung bình + 8,2m, được khảo sát bằng phương pháp khoan thăm dò, xuyên tĩnh, xuyên tiêu chuẩn SPT đến độ sâu 30m. Từ trên xuống gồm các lớp đất có chiều dày ít thay đổi trong mặt bằng và trung bình bằng các trị như trong trụ địa chất công trình. Chỉ tiêu cơ lý và kết quả thí nghiệm hiện trường các lớp đất như trong bảng. Mực nước ngầm gặp ở độ sâu cách mặt đất như trong trụ địa chất công trình. Tôn nền phía ngoài nhà cao hơn 0,5m so với mặt đất khi khảo sát.

1.1 Nhiệm vụ đồ án:

Thiết kế nền và móng công trình theo sơ đồ công trình

có nội lực do tải trọng tính toán gây ra tại chân cột ở đỉnhmóng ở cos thấp hơn cos ngoài nhà 0,75m nh số liệu bài ra.Theo “Báo cáo kết quả khảo sát địa chất công trình nhà thínghiệm hoá học” giai đoạn phục vụ thiết kế bản vẽ thi công:khu đất xây dựng tơng đối bằng phẳng, cao độ trung bình+ 8,2m, đợc khảo sát bằng phơng pháp khoan thăm dò, xuyêntĩnh, xuyên tiêu chuẩn SPT đến độ sâu 30m Từ trên xuốnggồm các lớp đất có chiều dày ít thay đổi trong mặt bằng vàtrung bình bằng các trị nh trong trụ địa chất công trình Chỉtiêu cơ lý và kết quả thí nghiệm hiện trờng các lớp đất nhtrong bảng Mực nớc ngầm gặp ở độ sâu cách mặt đất nhtrong trụ địa chất công trình Tôn nền phía ngoài nhà caohơn 0,5m so với mặt đất khi khảo sát

CétTrôc

Trụ địa chất công trình và bảng tính chất cơ lý của đất:

Bảng chỉ tiêu cơ lý & kết quả thí nghiệm hiện trờng cáclớp đất

q c

(KPa)

Số SPT (N)

16,8

27 7,8 1190

Trụ địa chất công trình

1.2 Đặc điểm công trình thiết kế:

- Đối với sơ đồ công trình thiết kế nhà thí nghiệm hoáhọc ,đây là loại nhà khung bê tông cốt thép không có tờngchèn có mặt bằng và mặt cắt nh hình vẽ Cột bê tông cốt thép

đổ liền khối

- Tra bảng 16 TCXD 45-78 đối với nhà khung bê tông cốt thépkhông có tờng chèn ta có:

*) Độ lún tuyệt đối giới hạn: Sgh = 8 (cm)

*) Độ lún lệch tơng đối giới hạn: Sgh = 0,002

1.3 Tải trọng công trình tác dụng lên móng:

- Tải trọng công trình tác dụng lên đỉnh móng đã đợc cho trớc

là tổ hợp bất lợi nhất của tải trọng tính toán:

*) Đối với móng cột trục A: (kN); (kNm);

(kN)

*) Đối với móng cột trục D: (kN); (kNm);

1.4 Điều kiện địa chất công trình và địa chất thuỷ văn:

- Theo báo cáo khảo sát địa chất công trình ta thấy nền đất

từ trên xuống gồm các lớp đất có chiều dày ít thay đổi trongmặt bằng và trung bình bằng các trụ địa chất nh trên hìnhvẽ

- Để lựa chọn giải pháp nền móng và độ chôn sâu móng ta cần

đánh giá tính chất xây dựng của từng lớp đất:

a) Lớp 1: Đất lấp xám ghi dày trung bình : 0,6(m)

Trong đó:  = 16 (KN/m3)

b) Lớp 2: Sét pha xám ghi dày trung bình : 4,3(m)

Độ sệt của lớp đất này là:

=> Lớp đất sét pha xám ghi ở trạng thái dẻo mềm

=> Đây là đất loại trung bình

c) Lớp 3: Cát pha dày trung bình: 3,9(m)

Độ sệt của lớp đất này là:

=> Lớp đất cát pha ở trạng thái dẻo

Hệ số rỗng của lớp đất là:

Dung trọng đẩy nổi của lớp đất là:

(kN/m3)

=> Đây là đất loại trung bình

d) Lớp 4: Sét xám gụ dày trung bình : 7,1(m)

Hệ số rỗng của lớp đất là:

Dung trọng đẩy nổi của lớp đất là:

(kN/m3) Độ sệt của lớp đất này là:

=> Lớp đất sét xám gụ ở trạng thái dẻo mềm

=> Đây là đất loại trung bình

e) Lớp 5: Cát hạt vừa chiều dày cha kết thúc tại độ sâu khảosát là 30m

Hệ số rỗng của lớp đất là:

=> Lớp cát này ở trạng thái chặt vừa

Dung trọng đẩy nổi của lớp đất là:

(kN/m3)

Điều kiện địa chất thuỷ văn:

Mực nớc ngầm nằm ở vị trí 2,2 m so với cos khảo sát của trụ

địa chất và nằm ở vị trí 2,6 m so với có ngoài nhà

2 thiết kế

Thiết kế móng đặt dới cột trục A:

2.1) Phơng án thiết kế móng đơn BTCT chôn nông trên nềnthiên nhiên:

2.11 Tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên đỉnh móng:

Hệ số vợt tải là: n =1,15

Lực dọc tiêu chuẩn ở đỉnh móng là: (kN)Mômen tiêu chuẩn ở đỉnh móng là: (kNm)Lực cắt tiêu chuẩn ở đỉnh móng là: (kN)2.12 Xác định kích thớc sơ bộ đáy móng:

Chọn độ sâu chôn móng là h = 1,5 (m) đối với đất ngoài nhà,

nh vậy đế móng đặt ở lớp đất thứ 2 là lớp đất sét pha xámghi

Do cos ngoài nhà thấp hơn cos trong nhà là 0,4 (m) nên móng

đợc chôn sâu so với trong nhà là: htr = 1,5 + 0,4 =1,9(m)

Hệ số m1 = 1,1 do móng đợc đặt tại lớp sét xám gụ có IL =0,617 > 0,5

Hệ số m2 = 1,0 vì công trình là nhà khung

Hệ số độ tin cậy ktc = 1

Do trị tính toán thứ hai của góc ma sát trong là II = 16,8 nên tatra bảng có các hệ số nh sau: A = 0,382; B = 2,542; D = 5,122Trị tính toán của trọng lợng thể tích đất kể từ đáy móng trởlên là:

(kN/m3)Trị tính toán của trọng lợng thể tích đất dới đế móng là:

(kN/m3)

Dung trọng (kN/m3)

Giả thiết chiều rộng móng là b = 2,8 (m)

Cờng độ tính toán của lớp đất nền:

(kPa)Diện tích sơ bộ cho đế móng là:

(m2)

Móng chịu tải trọng lệch tâm nên ta chọn móng có tiết diện

đế chữ nhật => Nh vậy ta tăng diện tích đế móng lên:

F* = 1,1F = 1,17,642 = 8,41(m2)Chọn tỷ số: => (m) => chọn b =2,6(m)

=> l = 1,2b = 1,22,6 = 3,12 (m) => Chọn l = 3,2(m)

=> Chọn tiết diện đế móng là bl = 2,63,2 (m)

Chiều cao móng là: hm = 1,5 – 0,75 = 0,75 (m)

H×nh 1:

MÆt c¾t mãng cét trôc A

M® = e®N® = 121,216 = 21,216(kN)

§é lÖch t©m cña hîp lùc c¸c t¶i träng t¸c dông:

(m)

áp lực lớn nhất ở tại đáy móng do các tải trọng tiêu chuẩn gâynên :

(kPa)

Ta có giá trị 1,2R = 1,2242,97 = 291,57(kPa)

có 95%.1,2.R=95%.291,97=277(KPa)

=> Nh vậy áp lực tại đáy móng do các tải trọng tiêu chuẩn gây

ra nhỏ hơn cờng độ tính toán của đất nền

KL: Kích thớc đáy móng là (2,6.3,2)m

2.13 Kiểm tra điều kiện biến dạng của móng:

ứng suất gây lún ở đáy móng:

(kPa)ứng suát bản thân tại đáy móng:

Chia đất nền dới đáy móng thành các phần có chiều dày

bảng tính ứng suất gây lún và ứng suất bản thân

Lớp

đất

sâuz(m)

KL:Thoả mãn điều kiện lún

Hình 1: Biểu đồ ứng suất gây lún và biểu đồ ứng suất bản thân

2.14 Tính toán độ bền và cấu tạo móng

Dùng bê tông mác 200 có Rn = 90 kPa, Rk = 750 kPa, cốt thépthuộc nhóm AII có Ra = 280000 kPa.

Hình 2: áp lực tại đáy móng do tải trọng gây ra

áp lực lớn nhất ở tại đáy móng do các tải trọng tính toán gâynên :

(kPa) áp lực tính toán ở đế móng ứng với cạnh cột :

Chiều cao của toàn bộ móng :

(m)

=> Chọn hm = 0,75 (m) => h0 = hm – abv = 0,75 – 0,035 = 0,715(m)

Kiểm tra chiều cao làm việc của móng theo điềukiện đâm thủng

Tháp đâm thủng

Diện tích móng bị đâm thủng:

FCT b(1,2 – h0) = 2,6(1,2 – 0,715) = 1,261 (m2)

áp lực tính toán ở đế móng ứng với vị trí bị đâm thủng là:

(kPa)

áp lực tính toán trung bình ở đế móng ứng với vị trí bị chọcthủng :

(kPa)Lực đâm thủng móng : NCT = FCT = 1,638 238,6 = 390,83(kN)

Cánh móng đợc coi nh côngxon ngàm ở tiết diện qua chân cột

và bị uốn bởi áp lực của phản lực nền

Mômen tơng ứng mặt ngàm I - I mà cốt thép móng phải chịu :

(kNm)Diện tích cốt thép cần để chịu mômen MI :

(cm2)Chọn thép 19 14 có Fa = 19.1,539=29,241 cm2 > 29,06 cm2.Chiều dài của một thanh:

(m)Khoảng cách các cốt thép cần bố trí :

(m)Khoảng cách giữa tim 2 cốt thép cạnh nhau:

(m) = 139(mm)

Mômen tơng ứng mặt ngàm II - II mà cốt thép móng phảichịu :

(kNm)Diện tích cốt thép cần để chịu mômen MII :

(cm2)Chọn thép 18 12 có Fa = 1,131.18=20,358 cm2 > 20,14 cm2.Chiều dài của một thanh :

(m)Khoảng cách các cốt thép cần bố trí :

(m)Khoảng cách giữa trục 2 cốt thép cạnh nhau :

(m) = 183(mm)

Bố trí cốt thép cho móng:

2.2 Phơng án thiết kế móng đơn BTCT chôn nông trên đệmcát:

Dùng loại cát hạt thô vừa, đầm chặt vừa để làm đệm cát.Theo TCXD 45-78 ta có cờng độ tính toán của cát làm đệm là

R0 = 400kPa Cờng độ này ứng với b1 = 1m và h1 = 2m

2.21 Tải trọng tiêu chuẩn tác dụng lên đỉnh móng:

Hệ số vợt tải là: n =1,15

Lực dọc tiêu chuẩn ở đỉnh móng là: (kN)Mômen tiêu chuẩn ở đỉnh móng là: (kNm)Lực cắt tiêu chuẩn ở đỉnh móng là: (kN)2.22 Xác định kích thớc sơ bộ đáy móng:

Chiều sâu chôn móng là h = 1,5m Giả thiết b = 2,1 m

Cờng độ tính toán của đệm cát là:

(kPa)

Độ lệch tâm của hợp lực khối đất với trọng tâm diện tích đếmóng là:

(m)Mômen do khối đất chênh lệch gây ra là:

(kPa)Diện tích cần thiết của đệm cát :

Do trị tính toán thứ hai của góc ma sát trong là II = 16,8 nên tatra bảng có các hệ số nh sau: A = 0,382; B = 2,542; D = 5,122Trị tính toán của trọng lợng thể tích đất kể từ đáy đệm cáttrở lên là:

(kN/m3)Trị tính toán của trọng lợng thể tích đất dới đệm cát là:

=> Chiều cao đệm cát thoả mãn điều kiện áp lực

2.24 Kiểm tra điều kiện biến dạng:

ứng suất gây lún ở đáy móng:

(kPa)Chia đất nền dới đáy móng thành các phần có chiều dày

, ta có bảng tính ứng suất gây lún và ứng suất bảnthân sau:

Bảng ứng suất gây lún và ứng suất bản thân

Lớp đất Điểm

Độsâu(

Độ lún của nền đợc tính theo công thức sau:

KL:Thoả mãn điều kiện lún tuyệt đối

Hình 2: áp lực tại đáy móng do tải trọng gây ra

(kPa) áp lực tính toán ở đế móng ứng với cạnh cột :

(kPa)(kPa)

Chiều cao làm việc của móng :(xác đinh theo kết cấu bê tôngchịu uốn)

(m)

Do móng có lớp bê tông lót ở đế móng nên ta chọn abv = 3,5(cm)

Chiều cao của toàn bộ móng :

(m)

=> Chọn hm = 0,75 (m) => h0 = hm – abv = 0,75 – 0,035 = 0,715(m)

Kiểm tra chiều cao làm việc của móng theo điều kiện đâmthủng

0,75Rkbtbh0 = 0,75750(0,6 + 0,715)0,715 = 528,87 (kN)

(b =b +h )

=> Nh vậy NCT =133< 528,87 do đó móng không bị phá hoại

do đâm thủng

Tính cốt thép đặt cho móng:

Cánh móng đợc coi nh côngxon ngàm ở tiết diện qua chân cột

và bị uốn bởi áp lực của phản lực nền

Mômen tơng ứng mặt ngàm I - I mà cốt thép móng phải chịu :

(kNm)Diện tích cốt thép cần để chịu mômen MI :

(cm2)Chọn thép 13 14 có Fa = 1,539.13=20 cm2 > 19,85 cm2

Chiều dài của một thanh :

(m)Khoảng cách các cốt thép cần bố trí :

(m)Khoảng cách giữa trục 2 cốt thép cạnh nhau :

(m) = 158,8(mm)

Mômen tơng ứng mặt ngàm II - II mà cốt thép móng phảichịu :

(kNm)Diện tích cốt thép cần để chịu mômen M :

(cm2)Chän thÐp 18 10 cã Fa = 18.0,785=14,13 cm2 > 14,03 cm2.ChiÒu dµi cña mét thanh :

(m)Kho¶ng c¸ch c¸c cèt thÐp cÇn bè trÝ :

(m)Kho¶ng c¸ch gi÷a trôc 2 cèt thÐp c¹nh nhau :

(m) = 142(mm)

Bè trÝ cèt thÐp cho mãng:

2.3 Phơng án móng cọc:

2.31.Chọn loại cọc, kích thớc cọc và phơng pháp thi công cọc:Thiết kế móng cọc A của nhà khung bê tông cốt thép có t-ờng chèn Tiết diện cột 0,80,6 Nền nhà cốt  0,00,cao hơn

đất ngoàI nhà 0,4m,tôn cao hơn mặt đất thiên nhiên 0,5m.Tải trọng thiết kế ở đỉnh đài đã cho

Điều kiện địa chất gồm

Đất lấp xám ghi dày 0,6 m

Sét pha xám ghi dày 4,3 m

Cát pha dày 3,9m

Sét xám gụ dày 7,1m

Cát hạt vừa chiều dày cha kết thúc

Tải trọng tính toán ở đỉnh đài cos -1,15m là:

(kN); (kNm); (kN)

Lực dọc tiêu chuẩn ở đỉnh móng là: (kN)Mômen tiêu chuẩn ở đỉnh móng là: (kNm)Lực cắt tiêu chuẩn ở đỉnh móng là: (kN)

Nhận thấy tải trọng tác dụng xuống móng khá lớn nên ta dùngcọc cắm vào lớp cát hạt vừa làm móng

Dùng cọc C6-30 có tiết diện 0,3.0,3m,thép dọc chịu lực gồm420 thép AII,bê tông mác 400,đầu cọc có mặt bích bằngthép

Cọc đợc hạ xuống bằng búa diezen không khoan dẫn

Vì móng cọc chịu momen khá lớn nên ngàm cọc vào đài bằngcách hàn vào mặt bích đầu cọc 4 đoạn thép 20 nhóm AII vàmỗi đoạn dàI 0,5m.Vì móng chịu mômen lớn do vậy ta ngàmcọc vào đài bằng cách phá vỡ một phần bê tông đầu cọc chotrơ cốt thép dọc trên một đoạn 20d = 2020 = 400 = 0,4m Và

ta ngàm thêm phần đầu cọc không bị phá bê tông vào đài một

đoạn là 0,15m

1:Bản thép dùng để nối cọc2:Đờng hàn

3:Bản thép hàn vào thép dọc4:đoạn thép trên

5:đoạn cọc dới

Để nối cọc dùng phơng pháp hàn,ngời ta hàn sẵn các bản thépvào thép dọc của cọc

Chân cọc cắm vào lớp cát hạt vừa là 1,05m Tổng chiều dàicọc: 16,5 m đợc nối từ đoạn cọc C1 dài 8,5m và cọc C2 dài 8m.Chiều dài của cọc đợc xác định nh sau:đoạn râu thép dài20.d=400mm,đoạn nhô khỏi lớp bê tông bảo vệ là 150mm,điqua lớp bê tông lót dày 100mm,cọc cắm vào đất không kểphần vát là 15850mm.Vậy chiều dài cọc không kể phần vát : 15850+400+100+150=165000mm hay 16,5m

Chiều dài cọc đợc thể hiện trên hình vẽ ở phần sau:

Phần vát của cọc lấy bằng (d-5cm)=30-5=25(cm)

Chọn chiều sâu chôn móng là 1,5m

2.32.Xác định sức chịu tảI của cọc đơn

2.321.Sức chịu tải của cọc theo vật liệu làm cọc

2.322 Xác định sức chịu tải của cọc theo cờng độ đất nền

Chân cọc tỳ lên lớp cát hạt vừa nên cọc làm việc theo sơ đồ cọc

ma sát

m=1 là hệ số làm việc của cọc trong đất

m =1,m =1,do hạ cọc bằng búa diezen không khoan dẫn và cọctrụ đặc

Chia đất nền thành các lớp đồng nhất nh hình vẽ (chiều dàymỗi lớp này  2 m) Cờng độ tính toán của đất ở chân cột với

độ sâu H=16,35m ,tra bảng

sách hớng dẫn đồ án nền và móng với cát hạt vừa nội suy ta cóR=4508 KPa

Cờng độ tính toán của ma sát giữa mặt xung quanh cọc và

đất bao quanh f tra bảng 6.3,nội suy ta có :

z =1,5 m ,I =0,693 f =5,815 KPa z =13,2 m ,I = 0,617

f = 18,11 KPa

(Kd = 1,4 hệ số an toàn đối với đất)

2.323Xác định sức chịu tảI trọng nén theo phơng thẳng

đứng của cọc theo kết quả xuyên tĩnh

Sức phá hoại của cọc ma sát :

P :sức cản phá hoại của đất ở mũi

q :sức cản phá hoại của đất ở chân cọc

Cọc xuyên qua lớp sét xám ghi dày 4,3m có q =1190 KPa

Cọc xuyên qua lớp cát pha dày 3,9m có q =1290 KPa

Cọc xuyên qua lớp sét xám gụ dày 7,1m có q =1020 KPa

Cọc xuyên qua lớp cát hạt vừa dày 1,05 m có q =10108 KPa

tra và K từ bảng 5.9 sách hớng dẫn đồ án nền và móng ta cóSét xám ghi:

TảI trọng cho phép tác dụng xuống cọc

2.324.Xác định sức chịu tảI theo kết quả xuyên tiêu chuẩn SPT

Ta chọn phơng pháp xác định sức chịu tảI theo phơng phápxuyên tĩnh để tính toán

Bố trí cọc trong mặt bằng

Diện tích đế đàI thực tế:

Trọng lợng tính toán của đàI và đất trên đàI :

Lực dọc tính toán xác định đến cốt đế đài

Lực dọc do khối đất chênh lệch gây ra:

Độ lệch tâm của khối đất chênh lệch:

Momen tính toán xác định tơng ứng với trọng tâm diện tíchtiết diện các cọc tại đế đài

Lực truyền xuống các cọc dãy biên

Trọng lợng tính toán của cọc

Trọng lợng của đất mà cọc chiếm chỗ

2.33.Kiểm tra nền móng cọc ma sát theo điều kiện biến dạng

Độ lún của nền móng cọc đợc tính theo độ lún của nền khốimóng quy ớc có mặt cắt là abcd

Nên

Chiều dàI của đáy khối quy ớc

Bề rộng của đáy khối quy ứơc

Chiều cao khối móng quy ớc H =17,9(m)

Xác định trọng lợng của khối quy ớc trong phạm vi từ đế đàItrở lên có thể xác định theo công thức

Trọng lợng khối quy ớc đất lớp 2(trừ đI phần thể tích đất bịcọc chiếm chỗ)

Trọng lợng khối quy ớc đất lớp 3(trừ đI phần thể tích đất bịcọc chiếm chỗ)

Trọng lợng khối quy ớc đất lớp 4(trừ đI phần thể tích đất bịcọc chiếm chỗ)

Trọng lợng khối quy ớc đất lớp 5(trừ đI phần thể tích đất bịcọc chiếm chỗ)

Trọng lợng của 6 đoạn cọc trong phạm vi lớp 2 :

Trọng lợng của 6 đoạn cọc trong phạm vi lớp 3 :

Trọng lợng của 6 đoạn cọc trong phạm vi lớp 4 :

Trọng lợng của 6 đoạn cọc trong phạm vi lớp 5 :

Vậy trọng lợng của khối quy ớc abcd :

Trị tiêu chuẩn lực dọc xác định đến đáy khối quy ớc

Momen tiêu chuẩn tơng ứng với trọng tâm đáy khối quy ớc

Độ lệch tâm

áp lực tiêu chuẩn ở đáy khối quy ớc

Cờng độ tính toán của đất ở đáy khối quy ớc

K =1 vì các chỉ tiêu cơ lý của đất lấy theo số liệu thínghiệm trực tiếp với đất

Tra bảng 3.1 đợc:

m =1,4 vì đầu cọc xuyên vào lớp cát hạt vừa

m =1 vì công trình thuộc loại tuyệt đối cứng

xuống có chiều dày lớn,đáy của khối quy ớc có diện tích bé nên

ta dùng mô hình nền là nửa không gian biến dạng tuyến tính

để tính toán

ứng suất bản thân tại đáy khối quy ớc

ứng suất gây lún tại đáy khối quy ớc

Chia đất nền dới đáy khối quy ớc với

Bảng ứng suất và Lớp

đất Điểm

Độ sâu

Giới han nền lấy đến điểm thứ 5,tức là tại độ sâu 4 m kể từ

đáy cọc,tại đây có

biểu đồ ứng suất gây lún